偏光显微镜分析技术和光学性质

1、偏光显微镜分析技术和光学性质主要内容晶体光学基础单偏光镜下晶体的光学性质正交偏光镜间晶体的光学性质锥光镜下晶体的光学性质2.1晶体光学基础 光是具有一定波长的电磁波；具有波动性和微粒性；微粒性光是由无数作直线飞行的微粒组成（基于光的直线传播）。波动性光是球形波的形式传播的（反映了光运动形式）。光电效应的发现，证明了光是一物质（即光是由具有极小能量的粒“光子”组成的），而波动是质的运动形式。光的波动形式以正弦曲线运动，其传播方向与振动方向相互垂直。电磁波谱自然光一切普通光源所发出的光。特点：在垂直于光波传播方向的平面内，各方向上都有等幅的光振动，其振动面是瞬息万变的，有无数个。2.1晶体光学基础

2、偏振光振动方向固定不变特点：在垂直于光波传播方向的平面内，只有一个固定方向上有等幅的光振动，振动面只有一个。又称为平面偏光。2.1晶体光学基础2.1.3 光的折射与全反射1、光的折射（折射定律)入射线，折射线和折射面法线恒处于同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于光波在入射介质与折射介质中的波速之比。N2,1=Vi/Vr =sini/sinr N2,1折射介质对入射介质的折射率。若入射介质为真空，则N称为折射介质的绝对折射率，简称折射率。N2,1= sini/sinr = N V0/VrVr光在介质中的传播速度。 N0折射率值是宏观地反映介质的微观结构的光学常数，是鉴定透明矿物的最可

3、靠常数之一。当入射光由疏介质射入密介质时，ir，即折射线靠近法线；当入射光由密介质射入疏介质时，ir，即折射线离开法线方向折射。增大入射角i，折射角r也随之增大，当r=90时，光线不再进入折射介质中，此时的入射角称为全反射角（或临界角，用表示），当入射角大于临界角时，即产生全反射。2.1晶体光学基础2.1.3 光的折射与全反射设：疏介质折射率n； 密介质折射率N；由折射定律： sin /sin 90=n/N n = Nsin当N已知时，由全反射原理可求出另一介质的折射率n。阿贝折光仪2.1晶体光学基础2.1.3 光的折射与全反射应用2.1晶体光学基础根据晶体的光学性质，将透明固体物质分为二类：

4、均质体与非均质体。1、光在均质体中的传播 其传播速度不因光波振动方向的改变而发生变化。即光在均质体中传播时，只发生单折射，其折射率值只有一个，并且入射光波的振动特点和振动方向基本不改变。常见的均质体有二类：非晶体（如玻璃、树胶等）和等轴晶系的晶体（如萤石、方镁石、石盐等）。2.1晶体光学基础2、光在非均质体中的传播其传播速度随光波振动方向的改变而发生变化，因而折射率值也因振动方向的不同而变化，即非均质体的折射率值不只一个。光波射入非均质体，除特殊方向外，都要分解成振动方向相互垂直且传播速度不等的两种偏光即发生双折射现象（如图）。两条偏光的折射率值之差称为双折射率。实验证明，光波射入非均质体的特

5、殊方向不产生双折射现象，该方向称为光轴（OA表示）。根据这一性质，可将非均质体分为二类：一轴晶和二轴晶。2.1晶体光学基础一轴晶晶体中只有一个方向不产生双折射，即只有一根光轴（中级晶族晶体）。二轴晶晶体中有二个方向不产生双折射，即有二根光轴（低级晶族晶体）。另一偏光振动方向平行于光轴和光波传播方向构成的平面非常光，以“e”表示；其折射率值随光波振动方向不同而变化，以“Ne”表示。对于一轴晶，除光轴方向外，入射光均有二个折射率，一偏光振动方向永远与光轴垂直常光，以“o”表示；其折射率值保持不变，以“No”表示。2.1晶体光学基础1、定义:表示光波在晶体中传播时，其振动方向与相应折射率之间关系的光

6、性指示体（立体几何图形）。作图方法简介：在各个光波的振动方向上，将其相应的折射率值按”一定比例截取线段，自中心以这些线段为半径，并将这些线段的端点连接起来“，从而构成了空间几何体。如何求实际晶体的光率体：根据晶体不同方向的切片，在折光仪上测出各光波振动方向上的相应折射率所作的立体图形。光率体简单形象，运用方便，成为解释一切晶体光学现象的基础。2.1晶体光学基础3、均质体光率体形态球体；对光性的指示过光率体的中心垂直入射光作切面，在任何方向上得到的都是圆切面，圆切面的半径代表其折射率值。2 、光率体的分类根据晶体的对称特征，分为三类：均质体光率体、一轴晶光率体、二轴晶光率体。4、一轴晶光率体(1

7、)形态旋转椭球体，旋转轴为光轴（晶体的c轴），并且有正负之分。(2)举例：a、石英:光波沿c轴方向入射时，不发生双折射，测得c轴切片的折射率No=1.544，可得一圆切面;光波垂直c轴入射时，发生双折射，产生二条振动方向相互垂直的偏光，在c轴切片上，测得折射率以二折射率值为长短半径，可得一椭圆切面。垂直c轴的入射光可有无数条，均可得到相同的椭圆切面，将它们联系起来，可得到石英的光率体。2.1晶体光学基础特点：旋转轴为长轴， NeNo，一轴晶正光性光率体，相应矿物为一轴晶正光性矿物。2.1晶体光学基础b、方解石 特点：旋转轴为短轴， Ne No，一轴晶负光性光率体，相应矿物为一轴晶负光性矿物。(

8、3) 对光性的指示：过光率体中心垂直入射光作切面（OA除外），为一椭圆切面。椭圆的长短半径方向为光波振动方向；半径的长度为相应折射率的大小；二半径之差为相应双折射率值。2.1晶体光学基础(4)一轴晶光率体的主要切面（1）垂直光轴的切面以No为半径的圆切面；（2）平行光轴的切面以Ne、 No 或No、Ne为长短半径的椭圆切面；（3）斜交光轴的切面以Ne、No（或No、Ne）为长短半径的椭圆切面。2.1晶体光学基础5、二轴晶光率体 (1)形态三轴椭球体，有大、中、小三个主折射率，用Ng、Nm、Np表示。并且有正负之分。(2)举例（镁橄榄石）：当光波沿c轴方向入射，发生双折射，产生二束偏光，其一振动

9、方向平行a轴，折射率为 Ng=1.715，另一偏光振动方向平行b轴，折射率为Np=1.651,由此可得c轴的椭圆切面；2.1晶体光学基础当光波沿b轴方向入射，发生双折射，其一偏光振动方向平行c轴，折射率为Nm=1.680，另一偏光振动方向平行a轴，折射率为Ng=1.715,由此可得b轴的椭圆切面.当光波沿a轴方向入射，发生双折射，其一偏光振动方向平行c轴，折射率为Nm=1.680，另一偏光振动方向平行b轴，折射率为Np=1.651,由此可得a轴的椭圆切面;将三个椭圆切面按它们在空间的不同方位联系起来，即得到镁橄榄石的光率体三轴椭球体。2.1晶体光学基础a.二根光轴的位置：在NgNp主轴面上,通

10、过Nm在光率体的一侧可作一系列椭圆切面,一半径是Nm,另一半径连续变化于Ng与Np之间,当该半径等于Nm时,即为一圆切面;同理,另一侧也存在一个圆切面。圆切面的法线即为光轴方向。b.光轴面和光轴角光轴面包含二根光轴的平面（与NgNp主轴面一致，以AP表示）。AP方向称为光学法线（即Nm方向）。光轴角二根光轴之间的夹角（锐角以2V表示，钝角以2E表示）。锐角的平分线称为锐角等分线，以Bxa表示；钝角的平分线称为钝角等分线，以Bxo表示。(3) 二轴晶光率体分析2.1晶体光学基础c.光性正负与光轴角计算光性正负确定：当Ng-NmNm-Np ,即Bxa=Ng，Bxo=Np,为正光性；当Ng-NmNm

11、-Np, 即Bxa=Np，Bxo=Ng,为负光性。d.光轴角计算： (+) tgV=(Nm-Np)/(Ng-Nm)1/2(-) tgV=(Ng-Nm)/(Nm-Np)1/22.1晶体光学基础e.对光性指示：过光率体中心垂直入射光作切面，在得到的椭圆切面上，可反映出光波振动方向，折射率值和双折射率值。2.1晶体光学基础a.OA的切面：为一圆切面，无双折射现象，只有一个折射率值，即Nm；b.AP的切面：为一椭圆切面，长短半径分别为Ng和Np。有双折射现象，折射率分别为Ng和Np ，双折射率为Ng-Np，是二轴晶的最大双折射率值 ；c.Bxa的切面：为一椭圆，有双折射现象，折射率分别为Nm和Np (

12、正光性），双折射率为Nm-Np;(4)二轴晶光率体的主要切面d.Bxo的切面：为一椭圆，有双折射现象，折射率分别为Ng和Nm (正光性），双折射率为Ng-Nm;e.斜交切面：（既不垂直主轴。也不垂直光轴的切面）半任意切面：（垂直主轴面NgNp、NmNp、NgNm的切面）：这类切面的椭圆半径中有一个为主轴Nm、Ng或Np，另一半径为Ng或Np。任意斜交切面：其椭圆长短半径分别为Ng和Np。2.1晶体光学基础2.1晶体光学基础在晶体中的位置光性方位光性方位光率体的主轴与晶体结晶轴之间的关系称为。1 、一轴晶光率体的光性方位一轴晶（三方、四方、六方）光率体为旋转椭球体，其旋转轴（光轴）与晶体的 c轴

13、（高次对称轴）一致，光率体中心与晶体中心重合。2.1晶体光学基础在晶体中的位置光性方位2. 二轴晶光率体的光性方位(1)斜方晶系晶体的光性方位光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴重合，三个主轴面与晶体的三个对称面重合（如黄玉和堇青石的光性方位）。具体位置关系依实际晶体而确定，共有六种情况。堇青石的光性方位2.1晶体光学基础在晶体中的位置光性方位(2)单斜晶系晶体的光性方位光率体的一个主轴与晶体的b轴重合，三个主轴面之一与晶体的（010）对称面重合。光率体的另外二个主轴与晶体的另外二晶轴相交成一定角度（如透闪石）。具体位置关系有三类。透闪石的光性方位2.1晶体光学基础在晶体中的位置光性方位(3)三

14、斜晶系晶体的光性方位三斜晶系晶体对称程度最低，仅有一个对称中心与光率体的中心重合，光率体的三个主轴与晶体的三个结晶轴皆斜交，其斜交的角度随矿物不同而不同，如图斜长石的光性方位。偏光显微镜是研究矿物晶体薄片光学性质的重要仪器，它比一般显微镜复杂，其主要的区别在于偏光显微镜装有两个偏光镜。一个装在显微镜载物台之下，称下偏光镜（起偏镜），另一个偏光镜装在载物台之上的镜桶中，称上偏光镜（分析镜），二者透过光波的振动方向一般是垂直的。偏光显微镜的类型较多，但其基本构造相似。晶体的形态装置：只用一个偏光镜进行观察，测定。所观察到的现象与普通显微镜基本相同，只是对晶体某些特有的性质（如多色性、吸收性等）可显

15、示出特殊显微现象。可观察的内容：（1）矿物的外表特征，如形态、解理等；（2）与矿物对光波的吸收有关的光学性质，如颜色、多色性、吸收性等；（3）与矿物的折射率有关的光学性质，如突起，糙面，轮廓，贝克线等。晶体的形态1.晶形：薄片中观察到的晶形，决定于三个因素：晶体的对称型；晶体形成的物理化学条件；切片方向。2.常见晶体形态： 粒状（石英，橄榄石）； 针状（莫来石）； 柱状（辉石，硅灰石）； 板状（硅酸三钙）； 纤维状（石膏，失透石）； 片状（云母）； 放射状（透辉石）。 球粒状（硅酸二钙） 骨架状（磷石英，方石英）；晶体的形态3.晶体自形程度:根据晶体发育的完好程度，分为以下四种（1）自形晶晶形

16、完整，一般为规则的多边形，边棱为直线。在析晶早，结晶能力强，环境条件适宜晶体生长的条件下形成（如：烧成良好的水泥熟料中的C3S晶体）；（2）半自形晶晶形较完整，比自形晶差，边棱部为直线，部分为曲线。这种晶体析晶较晚或温度下降较快时析出（如：水泥熟料中的C2S晶体）；（3）他形晶晶形为不规则粒状。这种晶体是析晶晚，结晶中心多且析晶很快的产物（如花岗岩中的石英、大理岩中的方解石、快冷水泥熟料中的C3A和C4AF等）；晶体的形态（4）畸形晶由于析晶时粘度和杂质等因素的影响，晶体形成雪花状、树枝状、骨架状状等形态（如玻璃结石中的磷石英、方石英）。 在显微镜下还可观察到包裹体即大晶体中包裹着一些小晶体或

17、其他物质。包裹物可以是气体、液体、其他晶体或同种晶体。由包裹物的成分和形态可分析晶体生长时的物理化学环境。晶体的形态2.3.2 解理及解理夹角晶体沿着一定方向裂开成光滑平面的性质。许多矿物具有解理，但不同矿物的解理完善程度、解理方向、解理组数等内容不同，可作为鉴定矿物的特征之一。（1）极完全解理：解理缝细、密，且直贯晶体。如云母类矿物；（2）完全解理：解理缝清晰但较粗，连贯性差。如辉石、角闪石；（3）不完全解理：解理缝粗，断断续续，有时仅见解理痕迹，如橄榄石。原因：薄片中解理逢被树胶充填，二者折射率不等，即可见解理缝。清晰度：与解理的完全程度有关；与晶体和树胶的折射率差值有关；与切片方向有关。

18、2.3.2 解理及解理夹角4.解理角:当矿物具有两组以上解理时，必然存在夹角解理角，该参数可帮助鉴定矿物。对于某一晶体，解理角是一定值。只有当切片同时垂直两组解理面时，才是两组解理真正的夹角。特征是：解理缝细，清晰，升降镜筒时解理缝不向两边移动。测定方法：如图所示。2.3.2 解理及解理夹角矿物的颜色与多色性和吸收性1.颜色:对顶二色互补原理：对顶二色等量混合为白色；其一被吸收则呈现其补色。如晶体吸收红色光，则呈现绿色。晶体的颜色是对白光中七色光波选择性吸收的结果。对白光等量吸收，则为无色矿物；对白光不等量吸收，则为透过光的颜色；矿物的颜色与多色性和吸收性多色性由于通过晶体的光波振动方向不同，

19、使晶体颜色发生变化的现象。吸收性由于通过晶体的光波振动方向不同，使晶体颜色浓度发生变化的现象。矿物的颜色与多色性和吸收性描述晶体的多色性与吸收性，常借助光率体主轴表示。一轴晶矿物的多色性与吸收性公式：以光率体轴表示，如电气石，取c轴切片，在单偏光镜下观察，当Ne PP时，晶体呈浅紫色，当N0PP时，晶体呈深蓝色。则多色性公式为：N0=深蓝色； Ne=浅紫色； 吸收性公式为：N0Ne（表示N0方向吸收性强）。二轴晶矿物的多色性与吸收性公式：有Ng 、Nm、Np三个主折射率，相应有三个主要颜色。AP 切面，显示Ng 、Np的颜色，其多色性明显；OA切面，只显示Nm的颜色，无多色性；Bxa切面，显示

20、Nm 、Np （正光性）或 Nm 、Ng （负光性）的颜色。矿物的颜色与多色性和吸收性测二轴晶的多色性（三色）至少需要二个定向切片。如角闪石，多色性公式：Ng=深绿色 、Nm=绿色、Np=浅黄绿色；吸收性公式： Ng Nm Np（正吸收）影响多色性的因素矿物的颜色与多色性和吸收性与矿物的本性有关(有的矿物有明显多色性，有的不明显或没有)；与切片方向有关（如OA切面上无多色性）；与切片厚度有关（切片越厚，多色性越明显）。矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起在薄片中二折射率不同的介质接触处，可看到较暗的边缘轮廓；在轮廓的附近可见到一条明亮的细线贝克线。升降镜筒，贝克线发生移动。 轮廓与贝克线的形成原因如

21、图所示。1、轮廓与贝克线矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起 贝克线的移动规律：提升镜筒，贝克线向折射率高的介质移动。利用贝克线的移动规律可判断相邻介质折射率的相对大小（当二介质的折射率相差0.001时，亦可见到贝克线）。矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起2、矿物的糙面:在单偏光下观察时，可看到某些矿物的表面比较粗糙，这种现象称为糙面。 糙面产生的原因(如图)：晶体表面呈现显微状的凹凸不平，在制作薄片时其上覆盖一层树胶，因树胶与晶体的折射率不同，光线通过二者界面时，发生折射，使矿物表面光线集散不一，而表现出明暗程度不同，呈现粗糙的感觉。 晶体与周围介质间折射率差值越大，薄片表面磨光程度越差，糙面越明显。

22、矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起3、突起在薄片中，不同矿物表面好象高低不同，有的矿物高一些，有的低一些，这一现象称为突起（仅是一种视力上的感觉）。突起产生的原因：突起是人们的一种视力感觉。在同一薄片中，各矿物表面是在同一水平面上的。但由于矿物之间及矿物与周围树胶折射率不同，在其交界处，将发生折射、反射及全反射。折射程度不同，使得交界处亮度不同程度的变暗，视觉上感到高低不平，即产生了突起。矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起突起有正负之分及高低的区别（如图）。突起正负：以树胶的折射率为标准，矿物的折射率大于树胶的折射率为正突起；矿物的折射率小于树胶的折射率为负突起。突起高低：根据矿物与树胶相对折射率的大

23、小，将突起分为六个等级负高、负低、正低、正中、正高、正极高。利用贝克线的移动规律可判断突起正负；根据所观察的突起及边缘、糙面的明显程度可确定突起的高低。从而可在单偏光镜下估计矿物的折射率值。矿物的轮廓、贝克线、糙面及突起4、矿物的闪突起对于双折射率较大的晶体，在单偏光镜下，旋转物台，突起的高低发生明显变化，这种现象称为闪突起。对于同一晶体，闪突起的明显与否与切片方向有关。装置：上下偏光镜同时使用，并且振动方向相互垂直（一般与目镜十字丝方向一致）。光学特点：载物台上不放任何矿片或放置均质体和非均质体OA的切片时，视域是黑暗的；载物台上放置非均质体薄片时，由于晶体光学性质和切片方向不同，将产生消光

24、和干涉现象。正交偏光镜间的消光现象1、全消光现象正交偏光镜间放置均质体和非均质体OA的切片时，将产生全消光现象。如图(a)所示，这类切片不改变入射光的性质，由下偏光镜透出的PP方向偏光，通过晶体后，仍在PP方向振动，与上偏光镜的振动方向AA垂直，所以不能透出上偏镜，而使视域黑暗。旋转物台，消光现象不变。消光现象晶体在正交偏光镜下呈现黑暗的现象。2、四次消光现象正交偏光镜间放置非均质体任意方向切片，旋转物台360，视域将出现四次黑暗和四次明亮现象。正交偏光镜间的消光现象如图(b)所示，当光率体椭圆半径与PP、AA方向一致时，视域黑暗。转物台一周，这样的位置有四次，称为消光位。当光率体椭圆半径与P

25、P、AA方向斜交时，视域明亮。有光线透出上偏光镜，将发生干涉作用。小结：在正交偏光镜间全消光的晶体，可能是均质体也可能是非均质体OA切片；而呈现四次消光的切片，一定是非均质体。正交偏光镜间的干涉现象1、光波的干涉条件 频率相同；传播方向一致；在同一平面内振动；光程差恒定。2、干涉原理 透出下偏光镜的PP方向偏光，进入晶体后分解成K1、K2两种偏光，其特点是：折射率不等（N1N2）传播速度不同（V1V2）透出晶体表面的时间不同（ K2先于K1）二者产生了光程差R。正交偏光镜间的干涉现象光程差两偏光在通过晶体薄片的过程中，速度较快的光超过较慢的光的距离。K1、K2两偏光在到达上偏光镜之前，光程差R

26、为一常数。进入上偏光镜时再度分解， K1 、K2 （AA，可透过上偏光镜）和 K1、K2（AA，不能透过上偏光镜）。K1 、K2 两偏光具备干涉条件：频率相同（由同一束光二度分解而成）；光程差固定；在同一平面内振动且传播方向一致。3、干涉结果由同一平面内两偏光迭加原理可得合成光波的振幅A。 A2=OB2sin22sin2(R/)OB入射光波的振幅；晶体切片的光率体椭圆半径与上下偏光镜振动方向的夹角； 入射光的单色光波长；R光程差。正交偏光镜间的干涉现象由上式可见，合成光波的振幅决定于和R值。（1）夹角值的影响当=0，sin22=0，则A2=0，晶体消光（晶体处于消光位 四次消光现象）；当=45

27、，sin22=1，则A2最大，晶体最亮（晶体颗粒从消光位转到45时，干涉色最亮） 。正交偏光镜间的干涉现象正交偏光镜间的干涉现象（2）光程差的影响当R=0时，A2=0，晶体消光（全消光现象）；当R=2n /2 时，sin2(R/)=0，A2=0，两光波干涉的结果是相互抵消，视域黑暗；当R=（2n +1）/2 时，sin2(R/)=1，A2最大，两光波干涉的结果是相互迭加，亮度加强。当光程差R界于2n /2 和（2n +1）/2之间时， =0与45之间时，亮度界于全黑和最亮之间。A2=OB2sin22sin2(R/)正交偏光镜间的干涉现象R的计算（单位一般用nm） 如果光在空气中的速度为V0，晶

28、体薄片的厚度为D，快光、慢光通过厚度为D的薄片所需要时间为tp、tg，快、慢光在晶体中的速度为Vp、Vg。则当快光已透出薄片到空气中行进了一段路程后，慢光才刚刚透出薄片时，光程差为：影响光程差的因素有：晶体的双折射率；薄片厚度。正交偏光镜间的干涉现象干涉色及色谱表1、干涉色及其成因石英楔简介：取石英平行光轴的切片，由薄至厚磨成楔形，由于双折射率固定（0.009），所产生的光程差由薄至后连续增大。（1）单色光的干涉情况如图所示，依次出现明暗相间的条带。在R=2n /2 处，出现黑暗条带；在R=（2n +1）/2处，出现明亮条带；R界于二者之间时，亮度界于亮与暗之间。明亮与黑暗条带之间的距离随单色

29、光波长的增大而增大。干涉色及色谱表干涉色及色谱表（2）白色光的干涉情况白光波长范围390-770nm，一定的光程差只能相当于部分色光半波长的偶数倍而抵消或相对减弱；同时又可相当于另一部分色光半波长的奇数倍而被加强。所有未消失的色光混合起来，构成了与该光程差相应的混合色干涉色（举例：1000 nm的光程差，相应的干涉色为橙红色）。一定的光程差与一定的干涉色相对应，而干涉色的亮度与值有关，当=45时，干涉色最亮。干涉色及色谱表当用白光照射时，在正交偏光镜间，随着石英楔的慢慢推入，光程差逐渐增大，视域中出现的干涉色将由低到高出现有规律的变化。这种干涉色的有规律变化，就构成了干涉色级序。随着光程差由小

30、增大，出现的干涉色有规律变化的情况大致如下：暗灰-灰白-浅黄-橙-橙红-蓝-蓝绿-绿-黄-紫红-蓝绿-绿-黄-橙-红-粉红-浅绿-浅橙至亮白色。根据石英楔干涉色的变化情况，一般将干涉色划分为4-5个级序。第一级序，主要干涉色为：暗灰-灰白-浅黄-橙-紫红第二级序，主要干涉色为：蓝-蓝绿-绿-黄橙-紫红第三级序，主要干涉色为：蓝绿-绿-黄橙-红第四级序，主要干涉色为：粉红-浅绿-浅橙-浅绿干涉色及色谱表更高的级序由于色浅而混杂，难于分辨，最后出现高级干涉色，以上各级干涉色的末端均出现紫红色。由于此紫红色很灵敏，易于感觉到，故称灵视色。干涉色及色谱表 各级干涉色级序的特征：第一级：R=0560nm

31、，无兰色、绿色，有暗灰、灰白色。颜色较暗；第二级： R=5601120nm，颜色鲜艳，色带间界线较清楚；第三级： R=11201680nm，颜色较第二级干涉色浅，色带间界线不太清楚；第四级及更高级：光程差大于1680nm，干涉色的颜色更浅，色带间界线模糊不清。由于光程差太大，几乎接近各色光半波长的奇数倍，同时又接近它的偶数倍，使各色光都有不等量的出现，相互混合后呈现亮白色高级白。如：方解石平行c轴的切片，d =0.03mm， R= （1.658 -1.486)0.03106=5160nm干涉色及色谱表一定的干涉色对应一定的光程差，而光程差与晶体的双折射率及切片厚度有关。根据公式R=d(Ng-N

32、p)，将干涉色、光程差、双折射率、薄片厚度用一图表表示色谱表。色谱表上，横坐标为光程差；纵坐标为切片厚度；斜线表示双折射率大小；在各光程差位置上，填上相应干涉色。当已知其中任意二个数据，可由色谱表上求出第三个量。mm。3、干涉色色谱表补色法则和补色器1、补色法则两个非均质体任意方向的切片（OA除外），在正交偏光镜间45位重叠时，光通过两切片后，总光程差的增减法则。 如图所示，同名轴平行，总光程差R=R1+R2，干涉色级序升高； 异名轴平行，总光程差R=R1-R2，干涉色级序降低（以干涉色较高的切片为基）。当R1=R2时，总光程差R=R1-R2 =0，此时，晶体切片消色而变暗。补色法则和补色器2

33、、补色器（1）石膏试板 （平行石膏NgNp方向的切片）切片厚度一定，在正交偏光镜间产生约560nm光程差，呈一级紫红干涉色；该试板上标有1，其光程差相当于黄光波长；试板的Ng振动方向（慢光）与金属板短边平行，Np（快光）平行长边；晶体切片与石膏试板在45位重叠，可使晶体切片干涉色升高或降低一个级序。石膏试板适应于干涉色较低的晶体切片（二级黄以下）。（2）云母试板（平行白云母解理面的切片）切片厚度一定，在正交偏光镜间产生约147nm光程差，呈一级灰白干涉色；试板的Ng振动方向（慢光）与金属板短边平行，Np（快光）平行长边；在正交偏光镜间加入云母试板，可使晶体切片干涉色按色谱顺序升高或降低一个色序

34、。所以，云母试板适应于干涉色较高的晶体切片（一级黄以上至三级干涉色）。补色法则和补色器补色法则和补色器（3）石英楔（平行OA方向由薄至后的楔形）在正交偏光镜间产生一到四级连续干涉色，光程差02240nm，Ng平行短边。当物台上放置晶体切片，从试板孔由薄至后插入石英楔，同名轴平行时，干涉色升高；异名轴平行时，干涉色逐渐降低，至晶体切片消色出现黑带（ R1=R2，总光程差R=0）。注：补色后，判断干涉色升降，应以干涉色较高者为基准。如：晶体切片干涉色为一级灰白（R=150nm)，加入石膏试板(R=560nm)后，同名轴平行，总光程差为710nm，干涉色升高；异名轴平行，总光程差为410nm，干涉色

35、降低（对干涉色较高的石膏试板而言）。补色法则和补色器正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定原理：在正交偏光镜间，将补色器与被测晶体切片重叠后，根据干涉色的升降判断切片上光率体椭圆轴的名称和方向。方法：将欲测颗粒置于视域中心，转物台至消光位；从消光位转45，此时晶体干涉色最亮；选用适当的补色器从试板孔中插入，观察干涉色变化。若干涉色升高，则同名轴平行；若干涉色降低，则异名轴平行。由于试板轴名已知，由此可判断晶体切片的光率体椭圆轴名。1、非均质体切片上光率体轴名的测定正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定2、干涉色级序的观察与测定(1)切面方向与干涉色级序的关系 光程差与矿物切片的厚度和双折射

36、率有关。而同一矿物的不同方向切片，其双折射率不同，因而有不同的干涉色（如图所示）。在正交偏光镜间需测定最高干涉色才有鉴定意义。一般用统计方法，精确测定需用定向切片法。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定(2)干涉色级序的观测方法原理：在薄片制备过程中，矿物颗粒易形成楔形边缘。因而矿物的干涉色也自边缘向中央逐渐升高，形成一个序列。每出现一条红带，干涉色升高一级。若共出现n条红带，则干涉色为（n+1 )级。a边缘色带法方法：利用矿物碎屑边缘的干涉色圈判断干涉色级序。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定b石英楔子测定法（补偿法）根据补色原理进行测定，准确性较高。方法：将欲测颗粒从消光位转45

37、，此时晶体干涉色最亮；从试板孔插入石英楔，并使晶体颗粒的光率体椭圆轴与试板异名轴平行。随着石英楔的插入，干涉色降低，直至消色，出现黑带。此时二者光程差相等；拿掉薄片，此时石英楔所显示的干涉色与晶体单独存在时相同。慢慢抽出石英楔，观察视域中出现红色的次数（n次），干涉色为（n+1）级。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定3、双折射率的测定同一矿物，由于切片方向不同，双折射率大小不同。只有最大双折射率才有鉴定意义。所以，一轴晶应选OA、二轴晶应选AP的切面。这两种切面在正交偏光镜下具有最高干涉色，在锥光镜下有一定干涉图特征。mm），可在色谱表上查出双折射率或由公式R= d(Ng-Np)计算得出

38、。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定4、消光类型与消光角的测定(1)消光类型晶体处于消光位时，其解理缝、双晶缝，晶棱等与目镜十字丝（代表上下偏光镜的振动方向）的关系。a、平行消光晶体处于消光位时，其解理缝、双晶缝，晶棱等与目镜十字丝平行；b、斜消光晶体处于消光位时，其解理缝、双晶缝，晶棱等与目镜十字丝斜交；小结：中级晶族晶体一般为平行消光和对称消光，斜消光很少；低级晶族斜方晶系一般也是平行消光；而单斜和三斜晶系大部分为斜消光。C、对称消光晶体消光时，目镜十字丝为两组解理缝或两个晶面迹线的平分线（如角闪石）。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定2

39、、消光角的测定消光角晶体的结晶轴或晶面符号与光率体椭圆半径之间的夹角（晶体处于消光位时，目镜十字丝与解理缝、双晶缝或晶棱间的夹角）。对于单斜、三斜晶系的晶体，以斜消光切面为主。测定某些特殊方向切面的消光角具有鉴定意义。测定步骤如下：（1）选择合适的定向切面，确定解理缝、双晶缝或晶棱的方向（如角闪石，在（010）面上，解理缝c轴）；（2）测定光率体椭圆轴与解理缝、双晶缝或晶棱间的夹角（使目镜十字丝与解理缝、双晶缝或晶棱平行，记下物台刻度数；转物台使晶体颗粒达到消光位，记下读数； 与之差即为消光角。）正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定（3）利用补色器确定晶体切面上光率体轴的名称；（4）记录消

40、光角，如图c、d所示，消光角分别为cNp=30 和 cNg=30；正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定普通角闪石在（010）面上的消光角为cNg=30。在平行（010）的切面上，包含a轴和c轴以及光率体的主轴Ng、Np。柱面解理缝方向代表c轴，在该切面上可测得Ng 与 c轴 的真实夹角。在平行（110）的切面上，其消光角比（010）面上的小。在（100）面上为平行消光；在（001）面上为对称消光。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定5、晶体延性符号的测定延性矿物晶体在形态上向某一方向延长生长的特性（如针状、纤维状、柱状等）正延性晶体的延长方向与慢

41、光（Ng）方向平行或夹角小于45负延性晶体的延长方向与快光（Np）方向平行或夹角小于45测定方法：正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定（1）将欲测颗粒置于视域中心，在单偏光镜下使一长边与目镜十字丝平行；（2）在正交偏光镜下，自消光位转45 ，根据晶体干涉色高低选择试板，观察插入试板后干涉色的升降，可确定晶体的延性符号。如图所示。对于二轴晶，当其延长方向为Nm方向时，则切片的延性可正可负。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定 6、双晶的观察双晶两个或两个以上的同种晶体彼此间按一定的对称关系相互结合而成的规则连生体。双晶中的相邻单体，可看作其中一个绕某一假想轴线（双晶轴）转动180后与另一

42、单体重合（如长石双晶）；或通过某一假想平面（双晶面）的反映后重合（如石膏双晶）由于相邻单体的光率体方位不同，在正交偏光镜下表现为不同时消光，而呈一明一暗现象。双晶中二个单体间的结合面称为双晶结合面；双晶结合面与薄片平面的交线称为双晶缝。当切面与结合面垂直时，双晶缝细而清楚。当双晶缝与目镜十字丝平行或成45 时，双晶缝两侧的单体明亮程度一致，而看不见双晶（如图2 -47b）。正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定根据双晶中单体的数目和结合情况，可将双晶分为：简单双晶（仅有二个单体）；聚片双晶（由二个以上单体组成，双晶结合面彼此平行）；联合双晶（由二个以上单体组成，双晶结合面彼此不平行，根据单体

43、的数目不同，有三连晶、四连晶、六连晶）正交偏光镜下晶体主要光学性质的观察与测定锥光镜下晶体的光学性质锥光镜装置及特点晶体在单偏光和正交镜下的观测，使用的是平行光束，能测定一些光学性质。但还有一些性质如轴性、光性符号，晶体切片方向等需在锥光镜下研究。1、装置：在正交偏光镜的基础上，加上聚光镜（系统升至最高），推入勃氏镜或去掉目镜，使用高倍物镜，用凹面反光镜。锥光（聚敛偏光）由下偏光镜透出的偏光，通过短焦距的聚光透镜，形成锥形光束（如图），在通过晶体切片后向上传播。锥光镜下晶体的光学性质锥光镜装置及特点(1)在锥形光束中，除中央一条光线垂直薄片入射外，其他光线都是倾斜地射入薄片，且其倾角愈向外愈大

44、，在薄片中通过的距离愈大。但锥形偏光束中，不论怎样倾斜，其振动面仍与下偏光镜的振动方向平行。即锥光进入晶体时，仍然是偏振光。(2)在锥光镜下观察，从目镜中看到的是偏光锥中各入射光通过晶体后到达上偏光镜所产生的消光和干涉现象的总和它们构成了各种特殊的图形，称为干涉图。2、特点：（3）观察干涉图时，必须加入勃氏镜或去掉目镜。去掉目镜（不用勃氏镜），可直接观察物镜焦点平面上的干涉图实象。图形虽小但很清楚。目镜与勃氏镜联合组成一个望远式的放大系统，能看到被放大了的干涉图。图形大但较模糊；锥光镜下晶体的光学性质锥光镜装置及特点（4）观察干涉图时，应使用高倍物镜。因为高倍物镜有较大的光孔角，工作距离短（小

45、于1mm），能接纳较大范围的倾斜入射光（如图所示）。（5）均质体矿物的光学性质各方向一致，在正交偏光镜间全消光，在锥光镜下不能形成干涉图；非均质体矿物的光学性质各向异性，即使在正交偏光镜下全消光的切片，也能形成干涉图。由于晶体的轴性和切片方向的不同，所形成的干涉图形态也不同。锥光镜下晶体的光学性质对于一轴晶，因切片方向不同，有三种类型的干涉图 （即OA、OA、斜交光轴的干涉图）。1、垂直光轴切面的干涉图(1)形象特点（如图所示）视域中出现一较粗的黑十字，二黑带与目镜十字丝（PP、AA方向）平行，黑十字交点在视域中心；被黑十字所分的四个象限明亮。双折射率低或较薄的切片，干涉色为一级灰白；双折射率

46、高或较厚的切片，出现以黑十字交点为中心的同心环状干涉色圈，且干涉色级序愈往外愈高；该黑十字称为消光影，干涉色圈称为等色曲线，黑十字交点为光轴出露点；旋转物台360,干涉图的形象不变。锥光镜下晶体的光学性质锥光镜下晶体的光学性质(2)干涉图的成因消光影的产生（如图）：在锥光束中，过光率体中心垂直每一根入射光作切面，只有中心一条垂直薄片入射的光线是圆切面，其他皆为椭圆切面，椭圆半径的分布情况如图所示。包含或近于包含在PP和AA面内的偏光，其振动方向PP，通过薄片后，仍然在PP方向振动。这部分偏光不能透出上偏光镜而消光，形成黑十字状消光影（由于视力上的感觉，消光影有一定宽度）；等色曲线的产生（如图）

47、：由图可见，四个象限的光率体椭圆半径与PP、AA方向斜交，在正交偏光镜下产生干涉形成干涉色。当入射光与光轴夹角愈大（靠近视域边缘），双折射率值愈大，并且光在薄片中经过的距离愈大，使光程差由内向外增大。并且与光轴夹角相等的各入射光波，产生的光程差相同,从而构成了同心环状的干涉色圈。锥光镜下晶体的光学性质旋转物台，干涉图不发生变化。因为一轴晶OA切片，光率体椭圆半径的分布呈放射状对称的，总有部分光线的振动方向在PP、AA面内，而四个象限内光的振向与PP、AA斜交。锥光镜下晶体的光学性质（3）光性正负的测定一轴晶晶体，NeNo时，为正光性；NeNo时，为负光性；在一轴晶OA切片干涉图上，径向为非常光

48、Ne的振动方向；切向为常光No的振动方向。根据补色原理，利用补色器测出Ne与No的相对大小，就可判断光性正负（测定方法如图）。注意：测定光性正负要根据四个象限的干涉色高低选用合适的试板。一级黄以下选用石膏试板；一级黄以上选用云母试板或石英楔子。锥光镜下晶体的光学性质2、斜交光轴切片的干涉图(1)形象特点：由于光轴出露点不在视域中心，干涉图为不完整的黑十字和干涉色圈组成。根据切片法线与光轴夹角的大小，可分成两种情况，如图所示。干涉图的成因与垂直光轴切片的干涉图相同。2、光性正负的测定（1）当干涉图中黑十字交点在视域内时，测定方法与OA切片干涉图相同；（2）当干涉图中黑十字交点在视域外时，首先要确

49、定视域属于哪一象限，即黑十字交点在视域外的位置，其方法有：消光影细端靠近光轴方向，粗端远离光轴；干涉色圈凹向光轴出露点；锥光镜下晶体的光学性质旋转物台，由黑带的移动情况判断象限（如图）。确定了视域属于哪一象限后，测定方法与OA切片干涉图相同(如图)。锥光镜下晶体的光学性质3、平行光轴切片干涉图(1)形象特点: 当光轴与PP、AA方向平行时，干涉图为粗大模糊的黑十字；少许转动物台，黑十字即分裂并沿光轴方向退出视域。因变化迅速而称为瞬变干涉图或闪图；当光轴与PP、AA方向成45时，出现对称干涉色（由内向外，垂直光轴方向升高，沿光轴方向降低，如图）。锥光镜下晶体的光学性质锥光镜下晶体的光学性质(2)

50、成因（如图2-68） 在平行光轴切面的光率体椭圆半径分布图中，当光轴与上、下偏光镜振动方向之一平行时，大部分的光率体椭圆半径都与上、下偏光镜振动方向平行或近于平行，在正交偏光镜间，应当消光或近于消光，故形成粗大模糊的黑十字，稍转动物台，则大部分光率体椭圆半径与上、下偏光镜振动方向斜交，故黑十字迅速分裂退出视域，而使视域变亮，出现干涉色。锥光镜下晶体的光学性质4、干涉图的应用一轴晶垂直光轴和斜交光轴（光轴倾角不大）的切片，其干涉图可用于确定轴性、测定光性符号和确定切片方向。平行光轴切片的干涉图，当轴性已知时，可用于确定切片方向和测定光性符号。测定光性正负，只需测出光轴方向Ne是Ng或Np，即可决

51、定光性正负。如图2-70所示。锥光镜下晶体的光学性质二轴晶光率体有五种主要切面，对应五种干涉图（ Bxa、 OA、Bxo 、AP及斜交OA切面）。1、Bxa切面的干涉图（1）形象特点当AP面与PP、AA方向平行时：干涉图上出现一黑十字消光影，黑带粗细不等，沿光轴方向较细，最细位置为光轴出露点。垂直光轴方向较粗，黑十字交点为Bxa出露点；锥光镜下晶体的光学性质双折射率大的晶体，视域中有“”形等色曲线出现，双折射率小的晶体，等色曲线少或仅有一级灰干涉色；转动物台，黑十字从中心分裂为一对弯曲的黑带，在AP面与PP、AA方向成45时，弯曲黑带呈对称的双曲线形。弯曲黑带的顶点为二光轴出露点。转动物台时，

52、干涉色圈随光轴面的移动而移动，但形态不变。干涉图上各部位的名称：Bxa出露点，OA出露点， AP迹线，Nm方向。锥光镜下晶体的光学性质2、成因 可用Bite-Fresnel定律解释。Bite-Fresnel定律：光沿任意方向射入二轴晶晶体中，垂直此入射光的光率体切面的椭圆半径，必定是入射光与二光轴所构成的二平面的夹角的两个平分面与切面的交线。即在Bxa切面上，任一点的光率体椭圆半径方向，是该点与二光轴出露点连线夹角的分角线方向，如图2-72。锥光镜下晶体的光学性质 如图2-73光率体椭圆半径的分布可见，当AP迹线与PP、AA方向平行时，在AP迹线和Nm方向的十字丝平面内，光率体椭圆半径与PP、

53、AA方向平行，所以形成消光影。而在四个象限中。光波的振动方向与PP、AA方向斜交，因而出现干涉现象。 转物台至AP迹线与PP、AA方向成45时，视域中心的光率体椭圆半径与上下偏光镜方向斜交，而双曲线范围的光率体椭圆轴与上下偏光镜方向平行，图2-74。锥光镜下晶体的光学性质在明亮的四个象限出现等色曲线的原因。由图2-75可见，与Bxa呈同一倾斜角的光锥中的光波，所产生的光程差不等，使等色曲线呈“”形。由光轴向Bxo方向倾斜的入射光，双折射率增加较快，等色曲线较密。而在光轴与Bxa范围的入射光，双折射率增加较慢，等色曲线较疏。干涉图上区域的划分：锐角等分线范围（ Bxa区）二光轴之间的区域（即消光

54、影凸向的区域）；钝角等分线范围（ Bxo区）光轴至视域边缘（即消光影凹向的区域）锥光镜下晶体的光学性质3、光性正负的测定二轴晶，Bxa=Ng为正光性；Bxa=Np为负光性。测定二轴晶光性正负，其实是确定Bxa是Ng还是Np。二轴晶Bxa切面的干涉图上，光率体椭圆半径的分布情况如图4-50和4-51所示，在AP迹线上，光轴出露点内、外的光率体椭圆半径的分布方位因光性正负不同而不同。锥光镜下晶体的光学性质分析AP迹线上四条有代表性的入射光波（图4-50）：沿Bxa 入射的光波，垂直该入射光波的光率体椭圆切面为NpNm面；垂直沿Bxa 与OA之间的入射的光波的光率体椭圆切面为NpNm面；垂直沿OA入射的光波的光率体切面为圆，半径为Nm；垂直沿Bxo 与OA之间的入射的光波的光率体椭